伽利略斜面与牛顿大炮.doc

伽利略斜面与牛顿大炮我们知道力的作用效果之一是力能改变物体的运动状态。假如物体不受力作用时物体将怎样运动？可能你会想：物体不受力物体当然要保持静止。比如“用力推车车子才前进；停止用力车子就要停下来”。这种观点对吗？在物体运动原因的研究中长期以来人们的经验是要改变一个静止物体的位置必须推它、提它或拉它。因此人们直觉地认为物体的运动是与推、提、拉等动作相联系的深信要使一个物体运动得更快必须用更大的力推它、提它或拉它当推、拉物体的力不再作用时原来运动的物体便静止下来。根据这类经验事实亚里士多德得出结论：静止是水平地面上物体的“自然状态”或“自然本性”必须有力作用在物体上物体才能运动；没有力的作用物体就要静止下来。然而亚里士多德的这个结论是错误的并且由于亚里士多德的权威这种错误认识被维持了近两千年。直至三百多年前伽利略才创造了有效的方法和技术揭示了现象的本质。伽利略认识到将人们引入歧途的是摩擦阻力而这又是人们在日常观察物体运动时难以完全避免的。伽利略注意到当一个球沿斜面向下滚时它的速度增大而向上滚时它的速度减小。由此他推论当球沿水平面滚动时它的速度应不增不减。实际上他也发现球愈来愈慢最后停下来。伽利略认为这并非是它的“自然本性”而是由于摩擦阻力的缘故因为他同样还观察到表面愈光滑球便会滚的愈远。于是他推论若没有摩擦阻力球将永远滚下去。1632年伽利略的实验如图1所示让小球沿一个斜面从静止状态开始下滚小球将滚上另一个斜面达到与原来差不多的高度然后再下滚。他推论只是因为摩擦力球才没能达到原来的高度。然后他减小后一斜面的倾角小球在这个斜面上仍达到同一高度但这时它要滚得远些。继续减小第二个斜面的倾角球达到同一高度就会滚得更远。于是他设想：若将后一斜面放平球会滚多远?结论显然是球将永远滚下去。这就是说力不是维持物体运动（即维持物体的速度）的原因而恰恰是改变物体运动状态（即改变物体速度）的原因。这一结论打破了自亚里士多德以来二千多年间关于“受力运动的物体当外力停止作用时便归于静止”这一类陈旧观念。这只是一个理想实验因为摩擦是永远无法消除的。后来这个结论被牛顿总结为牛顿第一定律为近代力学的建立奠定了基础。伽利略把实验观察和抽象思维结合起来找到了深入理解运动问题的真正线索是他研究工作的卓越之处。爱因斯坦称赞道：“伽利略的发现以及他所用的科学推理方法是人类思想史上最伟大的成就之一而且标志着物理学的真正开端。”理想实验是研究物理规律的一种重要的思想方法它以大量可靠的事实为基础以真实的实验为原型通过合理的推理得出物理规律。理想实验能深刻地揭示物理规律的本质。你是否理解并掌握了“理想实验”的思想请试一试吧。1．如图2所示在“探究运动和力的关系”实验中让小车每次从斜面的同一高度处由静止滑下滑到铺有粗糙程度不同的毛巾、棉布、木板的平面上小车在不同的水平面上运动的距离如图2所示。问：⑴让小车每次从斜面的同一高度处由静止滑下的目的是什么？⑵通过分析可知：平面越光滑小车受到的摩擦力就越小车前进的距离就越。⑶根据实验结果推理可得：若接触面完全光滑即水平方向不受外力作用轨道足够长小车将一直做运动。可见力不是使物体运动的原因力是改变物体的原因。2．牛顿曾研究过这样一个问题：他发现人掷出去的石头总会偏离掷出方向落回地面于是牛顿提出了一个“大炮”的设想图3是他画的“大炮”草图——在地球的一座高山上架起一只水平大炮以不同的速度将炮弹平射出去射出速度越大炮弹落地点就离山脚越远。他推想：当射出速度足够大时炮弹将会如何运动呢？牛顿通过科学的推理得出了一个重要的结论。这就是著名的“牛顿大炮”的故事故事中牛顿实际也用到了理想实验的研究方法。（1）研究中牛顿基于的可靠事实是。（2）根据以上资料和牛顿的“大炮”草图推测牛顿当年的重要结论是。如今牛顿当年的推测已变成了现实人们应用他的推论利用现代科技制成了。（3）想想看初中物理学习中你在研究什么问题时用到过理想实验的方法？请举一例并说明你的研究过程。参考答案：1．⑴让小车进入水平面时有相同的速度⑵小长⑶匀速直线运动状态2．⑴人掷出去的石头总会偏离掷出方向落回地面.⑵当抛出物体的速度足够大时物体将离开地球绕地球旋转作圆周运动人造卫星⑶研究真空不能传声实验中随着抽气的进行听到真空罩内的声音越来越小由此推想若抽成真空将听不到声音从而得出真空不能传声.